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Je doute donc je suis

La théorie des cordes dans les câbles

Par Normand Baillargeon - 27/10/2016
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Convenons de ceci, qui est une approximation suffisante pour ce qui suit : les sciences empiriques étudient des faits, en cherchant à y découvrir des régularités qu’elles exprimeront, le cas échéant, par des lois, idéalement mathématisées. Ces lois permettront notamment de faire des prédictions.

Dans une science empirique suffisamment développée, on expliquera ces faits et ces lois par de vastes ensembles de concepts abstraits interreliés, appelés théories. Les théories de l’évolution, de la gravitation universelle ou de la relativité restreinte en sont de fameux exemples.

Au moins deux profondes et graves questions, intimement liées l’une à l’autre, se posent à propos des théories.

Théories et démarcation

Première question : qu’est-ce qui relie les concepts abstraits de la théorie aux faits et aux lois et qui, partant, autorise leur introduction ?

Deuxième question : comment distinguer entre l’invocation légitime et l’invocation illégitime de tels concepts abstraits – en d’autres termes, entre une théorie scientifique et une théorie pseudoscientifique ? C’est ce qu’on appelle le problème de la démarcation – entre science et pseudoscience.

Plusieurs propositions ont été avancées en réponse à ces deux questions. La plus célèbre est celle que propose le philosophe des sciences Karl Popper (1902-1994).

La psychanalyse, la conception marxiste de l’histoire et la relativité générale sont toutes trois de vastes ensembles de concepts abstraits interreliés prétendant expliquer faits et lois. Mais, soutient Popper, ce qui distingue la dernière et fait d’elle une théorie scientifique, c’est qu’elle est falsifiable; il serait possible, par des observations, de démontrer qu’elle est fausse. En ce sens, elle prend en quelque sorte un risque face au réel, celui de se voir discréditée.

La psychanalyse et la théorie marxiste de l’histoire, au contraire, ne prennent pas ce risque et tout ce qui survient, telle chose un jour et son contraire le lendemain, est considéré comme explicable par la théorie et pouvant la confirmer. Ce sont, pour cette raison, des théories pseudoscientifiques.

Les considérations précédentes n’ont pas qu’un intérêt philosophique ou historique, loin de là. À preuve, le récent débat en physique sur la théorie des cordes. Mais ici, un mot d’explication est nécessaire.

Les cordes

Oubliez le modèle atomique appris à l’école, avec son noyau (composé de protons et de neutrons) et ses électrons gravitant autour.

La physique admet aujourd’hui une théorie de la matière selon laquelle les électrons ne sont que l’un des six leptons, tandis que les protons et les neutrons sont composés de quarks (dont six sont connus). Toute cette faune, appelée fermions, possédent diverses propriétés quantiques – spin ou charge électrique, par exemple. Ajoutez-y les bosons (photons, bosons W+, W- et Z, gluons) qui sont les médiateurs de forces, et le boson de Higgs qui explique pourquoi les particules ont une masse. Le résultat est exposé dans une élégante théorie, appelée « modèle standard », qui a passé avec succès tous les tests imaginables et permet des prédictions extraordinairement précises, toutes vérifiées. Elle explique en outre trois des quatre forces connues : l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte. Ça se complique encore, mais restons-en là...

Il y a cependant un hic. Ce modèle standard est en effet incompatible avec l’autre grande théorie physique, elle aussi amplement confirmée : la relativité générale, par laquelle on explique la quatrième force connue, la gravité.

On comprend qu’une théorie qui unifierait le modèle standard et la relativité générale, et qui expliquerait les quatre forces constituerait dès lors une sorte de graal de la physique – on en parle même parfois comme d’une théorie du tout. Telle est précisément l’ambition de la théorie des cordes.

Celle-là postule l’existence d’infiniment petites « cordes » fermées, comme des élastiques, et qui vibrent selon divers modes dans… 10 dimensions : le temps, les trois dimensions de l’espace que nous connaissons, et six autres, formant des hyper-sphères qui sont, proportionnellement à l’atome, ce que l’atome est à l’univers. La théorie, qui est dite mathématiquement remarquable d’élégance, a été proposée il y a trois décennies.

Le débat actuel

Mais elle est loin de faire l’unanimité. En décembre 2014, dans la revue Nature, deux physiciens (George Ellis et Joe Silk) exprimaient leur malaise et celui de nombre de leurs collègues et appelaient à une conférence pour en discuter, laquelle a eu lieu, l’année suivante.

Ce malaise nous ramène à nos deux questions, évoquées plus haut. Si la théorie des cordes propose bien un bel ensemble de concepts abstraits interreliés qui permettrait d’expliquer des faits et des lois – et même, cette fois, des théories –, ces concepts sont-ils légitimement invoqués, comme la gravité par Newton, ou le sont-ils illégitimement, comme l’influence des astres en fonction du moment de la naissance par les astrologues ? Autrement dit, la théorie des cordes est-elle scientifique ou pseudoscientifique ?

À la conférence, les uns ont soutenu que l’impossibilité, provisoire ou peut-être définitive, de tester empiriquement la théorie des cordes ne devrait pas interdire de la prendre au sérieux, en raison de son potentiel explicatif, de l’élégance de sa mathématisation, de sa simplicité et de sa symétrie. Ils ont ironiquement qualifié leurs adversaires de « Popperazzi ». Ces derniers ont pour leur part insisté sur l’idée qu’en l’absence de possibilité de soumettre une théorie à l’épreuve d’observations pouvant la réfuter (ou la confirmer), cette théorie ne peut être tenue pour scientifique. Ils ont donc sérieusement appelé à la prudence devant la tentation d’une physique postexpérimentale qui pourrait finir par ressembler à l’astrologie...

Il s’agit d’un vaste débat, dont les répercussions vont même au-delà de la physique, puisqu’il concerne la définition de la science et de son envers, la pseudoscience.
Je me permettrai modestement d’avancer ici une idée et de faire une prédiction.

Un continuum : science, protoscience, pseudoscience

L’idée est la suivante : il conviendrait de distinguer, sur un continuum, entre science, protoscience et pseudoscience, cette distinction s’appuyant non pas sur un seul critère – de toute manière insuffisant, puisqu’il ne s’agit pas seulement d’infirmer, mais aussi de confirmer les théories – mais sur plusieurs critères. Le philosophe et physicien Mario Bunge en proposait 10, parmi lesquels l’appartenance de la théorie à une communauté de recherche, l’adhésion à sa perspective cognitive, à sa méthodologie, aux buts par elle visés, le recours à des formalismes, un bagage de connaissances accumulées et des problèmes à résoudre; tout cela pouvant être, à des degrés divers, scientifique.

Et voici ma prédiction : je me risque à dire que la théorie des cordes est une ambitieuse proposition protoscientifique et que, d’ici une décennie environ, on saura si (et pourquoi) elle est finalement incorporée comme théorie légitime au sein de la physique ou, au contraire, enterrée au cimetière des théories mortes, section « Très bel effort, merci, mais ça ne marche pas. »

Illustration: Frefon

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